import java.util.Stack;

public class Sort {
    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：
     *   最坏情况：逆序 O(N^2)
     *   最好情况：本来就是从小到大的 O(N)
     * 场景：如果给定了一组数据 并且告诉你 这组数据基本上是趋于有序的 【规模不大】
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if(array[j] > tmp){ // 这里 >= 就不是稳定的排序了
                    array[j+1] = array[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：O(N^1.3)  -  O(N^1.5)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length / 2;
        while(gap >= 1){
            // i = gap    i++: 交替进行插入排序
            for (int i = gap; i < array.length; i++) {
                int tmp = array[i];
                int j = i - gap;
                for (; j >= 0; j -= gap) {
                    if(array[j] > tmp){
                        array[j+gap] = array[j];
                    }else{
                        break;
                    }
                }
                array[j+gap] = tmp;
            }
            gap = gap / 2;
        }
    }

    /**
     * 选择排序：
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if(array[j] < array[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        // 1.创建大根堆
        createHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while(end > 0){
            swap(array,0,end);
            shiftDown(array,0,end-1);
            end--;
        }
    }

    private static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length-1-1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            shiftDown(array,parent,array.length-1);
        }
    }

    private static void shiftDown(int[] array, int parent, int len){
        int child = 2 * parent + 1;
        while(child <= len){
            if(child + 1 <= len && array[child+1] > array[child]){
                child++;
            }
            if(array[child] > array[parent]){
                swap(array,child,parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *   加了 标志位 以后  最好情况下[1,2,3,4,5] 时间复杂度：O(N)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){
        // i表示趟数，j表示次数
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length-1 - i; j++) {
                if(array[j] > array[j+1]){
                    swap(array,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if(!flg){
                return;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：
     *     最坏情况下： 1 2 3 4 5    9 8 7 6 5  O(N^2)
     *     最好情况下：O(N*logN)  均分待排序序列
     * 空间复杂度：
     *    最坏情况下：  O(N)
     *    最好情况下：  O(logN)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void quickSort(int[] array){
        quick(array,0, array.length-1);

    }

    private static void quick(int[] array,int start,int end) {
        if(start >= end){
            return;
        }
        // 优化二：
        if(end - start + 1 <= 8){
            //直接插入排序
            insertSortRange(array, start, end);
            return;
        }

        // 优化一：进行三数取中 找到下标
        int minIndex = threeMid(array,start,end);
        swap(array,start,minIndex);

        // 挖坑法（优先）> Hoare法 > 前后指针法
        int key = partitionDig(array,start,end);
        //int key = partitionHoare(array,start,end);
        //int key = partitionFrontAndRearP(array,start,end);
        quick(array,start,key-1);
        quick(array,key+1,end);
    }

    private static int partitionDig(int[] array,int left,int right) {
        int tmp = array[left];
        while(left < right){
            //这里没有等号会死循环
            while(left < right && array[right] >= tmp){
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while(left < right && array[left] <= tmp){
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    private static int partitionHoare(int[] array,int left,int right) {
        int key = array[left];
        int i = left; // 记录原来 left 的下标
        while(left < right){
            //这里可不可以不加等号？不可以！
            while(left < right && array[right] >= key){
                right--;
            }
            while(left < right && array[left] <= key){
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,i,left);
        return left;
    }

    private static int partitionFrontAndRearP(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
            // 要是第一个条件不满足，prev就不会++
            if(array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }

    private static int threeMid(int[] array,int low, int high) {
        int mid = (low + high) / 2;
        if(array[low] < array[high]){
            if(array[mid] < array[low]){
                return low;
            } else if(array[mid] > array[high]) {
                return high;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            // array[low] > array[high]
            if(array[mid] < array[high]){
                return high;
            } else if(array[mid] > array[low]) {
                return low;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    private static void insertSortRange(int[] array, int left, int right) {
        for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= left; j--) {
                if(array[j] > tmp){
                    array[j+1] = array[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     * @param array
     */
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        int start = 0;
        int end = array.length-1;
        int par = partitionDig(array,start,end);
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        // 左边有2个数对
        if(par > start + 1){
            stack.push(start);
            stack.push(par-1);
        }
        // 右边有2个数对
        if(par < end - 1){
            stack.push(par+1);
            stack.push(end);
        }
        // 栈是否为空  直到栈为空 则结束. 每次从栈里拿出2个元素
        while(!stack.empty()){
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            par = partitionDig(array,start,end);
            // 左边有2个数对
            if(par > start + 1){
                stack.push(start);
                stack.push(par-1);
            }
            // 右边有2个数对
            if(par < end - 1){
                stack.push(par+1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     *   时间复杂度：O(N*logN)
     *   空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定的排序
     *      插入    冒泡    归并
     */
    public static void mergeSort(int[] array){
        mergeSortChild(array,0,array.length-1);
    }

    private static void mergeSortChild(int[] array, int left, int right) {
        // 分解
        if(left >= right){
            return;
        }
        int mid = (left+right) / 2;
        mergeSortChild(array, left,mid);
        mergeSortChild(array, mid+1,right);
        // 合并
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = right;
        int[] tmp = new int[right-left+1];
        int i = 0;
        //保证两个子序列当中 都有数据
        while(s1 <= e1 && s2 <= e2){
            if(array[s1] <= array[s2]){
                tmp[i++] = array[s1++];
            }else {
                tmp[i++] = array[s2++];
            }
        }
        while(s1 <= e1){
            tmp[i++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= e2){
            tmp[i++] = array[s2++];
        }
        // 把tmp拷贝回原数组
        for (int j = 0; j < tmp.length; j++) {
            array[j+left] = tmp[j];
        }
    }

    /**
     * 非递归实现归并排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array){
        int gap = 1;
        while(gap < array.length){
            for (int i = 0; i < array.length; i += 2*gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if(mid > array.length){
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid + gap;
                if(right >= array.length){
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度：O(N+范围)  /   O(max(N,范围))
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void countSort(int[] array){
        // 1.找到数组的最大值 和 最小值 O(N)
        int max = array[0];
        int min = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i] > max){
                max = array[i];
            }
            if(array[i] < min){
                min = array[i];
            }
        }
        // 2.定义一个计数数组 长度确定一下
        int[] count = new int[max-min+1];
        // 3.遍历array数组，开始计数   O(N)
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i];
            count[index-min]++;
        }
        // 4.遍历计数数组  O( 范围 )
        int j = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i] != 0){
                array[j] = i + min;
                count[i]--;
                j++;
            }
        }
    }

}
